Жестокая реальность такова, что лишь около 3 % воды в мире является пресной, и только часть из них легкодоступна. Однако по мере того как в засушливых регионах мира усиливается засуха, все больше людей обращают внимание на остальные 97 %, которые бурлят в океанах.
Острова, города и водоканалы используют опреснение воды, чтобы избавить океанскую воду от солей, уже более века, но широкое распространение эта технология получила лишь в 1970-х годах. Для производства каждых 100 галлонов воды с помощью обратного осмоса, наиболее широко используемой технологии, требуется около 1,5 киловатт-часов электроэнергии. По данным на 2022 год, ежедневно с помощью опреснения производилось около 26 миллиардов галлонов (100 миллиардов литров) воды.
Однако обратный осмос требует больших энергозатрат: мощные насосы проталкивают молекулы воды через специально разработанную мембрану, оставляя после себя соленый раствор. Давление часто достигает 800 фунтов на квадратный дюйм, что примерно в 20 раз больше, чем в типичной автомобильной шине. Около 70% энергии, потребляемой установкой обратного осмоса, приходится на работу этих насосов.
Это заставило специалистов искать другие способы обеспечения процесса энергией, и один из перспективных подходов, который они начали рассматривать, известен как глубоководный обратный осмос (DSRO). В этом случае оборудование для обратного осмоса опускается глубоко в океан, на глубину от 1300 до 2000 футов, где возникающее естественным образом давление помогает проталкивать воду через мембрану. Для подъема пресной воды из глубин и возвращения ее на берег требуются лишь относительно небольшие насосы, потребляющие лишь малую часть электроэнергии, которую использует береговое опреснение.
Эта идея существует почти с момента изобретения опреснителя обратного осмоса, но она не прижилась, потому что океан может быть опасным местом, куда можно забросить сложную технологию. В последнее время ситуация изменилась, и теперь несколько компаний участвуют в гонке за совершенствование технологии.
Сближение можно проследить на примере достижений нефтегазовой промышленности, которая уже несколько десятилетий работает над глубоководной энергетикой, коммуникациями и робототехникой. «Время для этого идеальное, потому что кривая затрат и кривая опыта уже пройдены», - сказал Александр Фуглесанг, соучредитель и генеральный директор Flocean.
Ранее глубоководный обратный осмос сталкивался не только с суровыми условиями океана. По словам Роберта Бергстрома, основателя и генерального директора компании OceanWell, который ранее основал Seven Seas Water Group, традиционную компанию по опреснению воды, ныне принадлежащую Morgan Stanley, было трудно подвести к капсулам электроэнергию для работы насосов и датчиков.
В последние десять лет или два года нефтегазовые компании «электрифицировали морское дно», - говорит Майкл Портер, технический директор OceanWell. «Для нас это действительно стало переломным моментом». Раньше насосы и оборудование приводились в действие гидравлическими системами, которые неэффективны и склонны к поломкам. «Но теперь, с появлением электрических насосов, все стало намного дешевле и проще в эксплуатации», - говорит он.
Нефтегазовые компании также помогли сделать дистанционно управляемые подводные аппараты дешевле и эффективнее. Для стартапов DSRO такие подводные аппараты значительно упростили настройку и обслуживание глубоководного оборудования. «Не нужно поднимать все оборудование, чтобы закрутить один болт», - говорит Бергстром.
На глубине опреснительные капсулы работают с небольшими насосами, медленно прогоняя воду через мембрану. Медленная скорость означает, что большинство морских обитателей могут уплыть. Для тех, кто не может, компания OceanWell разрабатывает способ периодически изменять направление движения насосов, чтобы вымывать микроорганизмы из фильтров и мембран. Это не только защитит морских обитателей, но и поможет дольше сохранить фильтры и мембраны от засорения.
Как и при береговом опреснении, DRSO выпускает рассол, который более соленый, чем окружающая океанская вода.
Но для ДРСО эта проблема не столь остра. Во-первых, рассол получается более разбавленным - всего на 10-20 % солонее морской воды, а не вдвое, как при береговом опреснении, - и распределенные капсулы выбрасывают рассол вверх в толщу воды. «Он рассеивается в пределах от 10 до 30 метров от наших капсул, наших подводных маленьких микрозаводов», - говорит Фуглесанг.
Доставка оборудования на морское дно сопряжена с определенными расходами, включая прокладку линий электро- и водоснабжения и связи к объектам, а также установку самих опреснительных капсул. «Из-за этой большой магистрали, которую мы строим, мы, очевидно, не можем делать маленькие заводы», - сказал Бергстром. «Просто проложить ее - это огромные капитальные затраты. Но когда мы достигнем уровня от 10 до 100 миллионов галлонов в день, тогда остальные расходы начнут снижаться».
По словам Фуглесанга, Flocean будет устанавливать от одной до десяти капсул на каждом участке. Компания OceanWell планирует установить такое же количество.
После развертывания экономия должна начать расти. OceanWell, Flocean и Waterise, еще один стартап DSRO, прогнозируют, что технология сможет производить воду, используя на 30-50 % меньше энергии, чем наземный обратный осмос.
Оригинал
УНикальность
